无限列车篇故事发生的背景是在鬼灭之刃动画第一季结束之后，在蝴蝶居结束修行的炭治郎，接到了下一个任务，任务地点是“无限列车”，在列车上短时间内已经失踪了四十多人，派去的多名鬼*队剑士皆一去无回杳无音信。炭治郎这次的任务是带着带着祢豆子与善逸、伊之助，去无限列车上与鬼*队的最强剑士“柱”之一的“炎柱”炼狱杏寿郎会合，共同调查此事。
在无限列车上早有一名叫魇梦的“鬼”在潜伏，等炭治郎一行在列车上与炼狱会和后，魇梦通过控制列车上的检票员发动血鬼术让全车的人陷入了沉睡。魇梦的血鬼术·强制昏睡催眠的细语，会让人陷入到魇梦制造的梦境中，不得不说魇梦的能力非常厉害，牢牢把握住了人性的弱点，炭治郎一行包括炼狱都中招，陷入到各自的梦境中 ，无限沉沦。
魇梦趁炭治郎一行陷入梦境无法自拔的时候，控制几个人类手下，打算用特殊的绳子进入到炭治郎一行梦中的精神世界，破坏他们的“精神之核”加以*害。其中一人顺利进入到了炼狱的精神层面，在她就要得手的时候，炼狱惊人的本能爆发，无意识中发动反击，使得她的刺*功亏一篑。
由于祢豆子本是鬼身，成为全车唯一没有被催眠的人，她看着陷入沉睡怎么也叫不醒的炭治郎焦急万分，使出头槌打算锤醒炭治郎，哪知炭治郎的头是出名的硬，人未叫醒还把祢豆子疼哭。
不过头锤还是有效果的，梦境中的炭治郎嗅到了祢豆子xue的味道，意识到自己陷入梦中，通过分析猜测，唯有自刎才有可能苏醒，但这也只是猜测，担心祢豆子安危的炭治郎，狠下心肠抹了脖子，成功苏醒
苏醒后的炭治郎在列车顶上找到了魇梦，发生了激烈的争斗，魇梦的血鬼术一次次的让炭治郎陷入沉睡，炭治郎一次次在梦中自刎让自己清醒。魇梦惊讶炭治郎的坚韧，意识到炭治郎的不普通，遂改变梦境，让炭治郎陷入噩梦，梦中让炭治郎的家人对他恶语相向。魇梦这样玩弄别人的内心，导致了炭治郎的暴怒，瞬间爆发砍掉了魇梦的脑袋。
然而魇梦并没有死亡，他在之前已拖延了足够的时间来让自己与列车成功融为了一体，并拿车上两百多名乘客当人质，想要伤害他们。正当炭治郎不知该如何是好的时候，伊之助、善逸、炼狱相继被祢豆子救醒，一行人共同保护乘客缓解了危机。炼狱告诉炭治郎，即使魇梦和列车融为一体，鬼的弱点也不会改变，只要找到魇梦本体上脖子的部分，一样能灭sha。随后炼狱留下保护乘客，炭治郎、伊之助去前面车厢寻找弱点。之后，炭治郎和伊之柱很快就在列车的车头找到了魇梦本体上的颈椎骨，魇梦为保护自己，发动了血鬼术·强制昏睡睡眠·梦眼，360度无死角催眠炭治郎，导致炭治郎分不清梦境和现实，差点在现实中自刎，好在被戴着头套没有中招的伊之助拦下。随后两人合力，炭治郎用火之神神乐·碧罗天斩断了魇梦颈椎。
魇梦临死之前，发了一通牢*，愤慨命运的不公，不甘心而又不得不的接受了败北的事实，最后消失的无影无踪。就此影片的上半段结束，下半段“炎柱之殇”更精彩，感兴趣的朋友可以关注下期介绍。
